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武 汉 职 业 技 术 学 院
实训报告

光学零件的加工实训报告

系、 专业: 光电子技术

班 级: 10304

实 训 人: 汪强强

指导教师: 陈书剑

11月 30日

一、 实训总结前言: 认识光学玻璃
( 一 ) 光学玻璃分类
无色玻璃: 普通玻璃、 耐辐射光学玻璃和激光玻璃。
有色玻璃: 主要用于制造不同光学滤光片。
( 二 ) 无色光学玻璃分类、 牌号
主分两系: P系列光学玻璃和N系列光学玻璃
按组成分: 冕牌玻璃, 以字母”K”表示
火石玻璃, 一字母”F”表示
( 三) 通用技术
光学图的标注;
光学零件加工的技术要求;
光圈的识别;
光学零件加工的余量;
二、 实训目的: ( 1) 学习光学两件的加工和镀膜的一般步骤
理解工学加工的准则;
了解光学加工安全操作知识;
( 2) 区分两种光学零件加工的异同
传统工艺: 散粒磨料、 通用机床、 轮廓成型法、 松香柏油粘结胶、 金刚砂; 一般操作流程: 粗磨、 细磨、 精磨、 抛光, 一般用于军事等高精度零件加工。
现代工艺: 固着磨料、 专用机床、 范成法、 金刚石丸片, 能实现三定, 一般用于大批量生产。
实训项目
平凸透镜的加工
平凸透镜的加工流程

平凸透镜的加工尺寸: 中心厚度; 10.20mm
曲率半径: 52mm
选材: K9的冕牌玻璃。
本次实训所用方法为传统工艺, 其一般操作如下:
<1> 切割 按尺寸尺寸进行割据

外圆切割机实物图
<2>整平 磨去切割时留下的不平整痕迹, 常见180#的砂消除明显的不平度和粗砂眼, 然后换240#砂。

<3>胶条 按零件厚度方向胶成长条, 单个零件磨出圆柱面比较困难, 也不易保证没有锥度。为了提高精度和效率, 常将规格相同的一组划方玻璃按厚度方向胶成长条, 如图1-19所示, 再进行磨外图。胶条长度不应超过平模直径的1/2, 一般是70～150mm, 两端加保护玻璃。工艺操作中是先加热方玻璃片, 然后涂上胶, 再直角靠模上胶条

胶条示意图

胶条工艺操作注意事项:
(1)加热温度不宜过高( <100℃) ;
(2)热的零件不要放在铁板上冷却;
(3)大的零件不要放在通风处;
(4)两手干燥并要戴工作手套;
(5)胶条不能立即进冷水冷却,
<4>滚圆 是普通外圆铣磨机, 其磨头轴位于水平方向, 可横向调整吃刀深度; 主轴箱与尾架均可随工作台在床身上纵向移动, 工作台的位置和行程也可调整。外圆铣磨的运动, 主要包括磨轮高速转动的上切削运动, 工件的转动, 工件的纵向进给(即工件每转一周沿自身轴线方向移动的距离), 磨轮的横向进给(也称磨削深度或吃刀量)等。当工件纵向行程结束时, 磨轮做横向进给。普通外圆铣磨机除采用平形磨轮外(见图1-20(b)), 也有的用简形磨轮, 这时要凋整磨轮轴与工件主轴间成一适当的角度, 如图1-20(c)所示。下面是普通平形磨轮外圆铣磨机的主要参数及技术指标:

图1-120 普通外圆铣磨机
(a)滚圆机; (b)筒形砂轮铣磨外圆; ( c) 大工件外圆铣磨
主要参数:
加工范围: 直径; f10mm～f80mm
长度: 不大于300mm
工件轴转速: 共分六级( 40转／分、 57转／分、 78转／分、 91转／分、 129转／分、 175转／分)
磨头轴: 转速8400转／分
金刚石砂轮直径f70mm
磨头最大转动角度450
磨头进给刻度值每小格0.01mm
功率: 约1.7kW
工件进给速度: 20mm／min～1730mm／min
<4>开球面
球面铣磨是采用斜截圆原理, 用筒形金刚石磨轮在球面铣磨机上加工球面零件, 图1-21为球面铣磨原理图。球面铣磨时, 磨轮与工件轴交于0点, 两轴的夹角为 a, 筒形金刚石磨轮绕自身轴线高速旋转, 而工件绕自身轴线慢速回转, 则磨轮的切削刃口在工件表面上的磨削轨迹为一球面。
若磨轮中径为D, 磨轮端面切削刃口的圆弧半径为, 磨轮轴与工件轴的夹角为, 则工件球面的曲率半径R为
(其中, 凸面取”+”号, 凹面取”-”, 则 (1-4)
当磨轮选定后, D和r均为定值, 只要调节a, 即能够得到不同曲率半径的球面。当工件轴与磨轮轴的夹角为零度, 即a=0°时, 则能够加工出平面。在选择金刚石其直径应大于铣磨
时, 零件直径的一半。

图1-21 球面铣磨原理磨轮
<5>倒角 磨去锋利的边缘
<6>清洗送检
精磨抛光
古典法: 用散粒磨料细磨时, 磨料在研磨磨具和零件之间处于松散的自由状态, 借助细磨所加压力, 经过模具、 磨料和零件之间的相对运动, 实现零件表面成型目的。细磨前应根据零件粗磨后的表面质量, 选择细磨用磨料粒度号。一般粗磨完工、 表面粗糙度为, 相当于用W40( 302#) 磨料加工的表面。则细磨第一道磨料粒度号应选用W28( 302#) 。
( 1) 细磨模具的修改
细磨模具的修改方法根据修改量的大小, 可有对磨法( 凹凸一对磨具对磨) 、 砂石或刮刀修改法。若表面误差太大, 可在球面车床上进行修改。细磨模修改后, 工作表面曲率半径应符合要求, 表面不允许有不规则的凹凸不平, 不允许有砂眼、 气孔、 大擦痕, 模具工作面相对镜盘旋转中心的跳动量应小于0.1毫米。
( 2) 操作过程
用散粒磨料在普通细磨机上细磨过程如下:
①根据被加工零件的技术要求和镜盘大小选择机床, 一般机床可加工的最大镜盘尺寸按平面镜盘尺寸计算, 球面镜盘应进行换算。决定机床转速、 三角架摆幅、 铁笔的前后位置和高低。
②分清磨料粒度号, 依次确定磨去余量分配。细磨余量根据磨料号, 零件大小、 零件材料软硬程度确定。单面余量<0.0lmm时可用W14和W20号磨料; 单面余量0.lmm左右时, 可用W20、 W14、 W10号磨料。为了保证零件厚度, 对于厚度公差±0.1mm的零件, 在第二面加工时应按厚度大小配盘。若厚度差别过大, 应单只修磨, 整盘零件厚度公差在0.05mm以内。
③将镜盘或模具装上机床主轴。正常情况下, 一般凸镜盘及直径大于350mrn的凹镜盘应装在主轴上, 而凹研磨模应扣在其上, 由铁笔拨动。
④在下盘上均匀涂抹些磨料浆, 放上镜盘, 手推动几下, 使磨料分布均匀。然后手扶铁笔, 架至上盘支承孔内, 开动机器。先开主轴开关, 再开摆动开关。5分钟左右取下镜盘检查零件是否全部磨到, 如果均匀磨到, 可继续加磨料研磨。如果镜盘边缘或中间未均匀地磨到, 应再修改模具。如镜盘上局部区域未磨到, 应预热一下镜盘再磨。如仍磨不到, 则表示上盘时各零件的加工面不在一个球面上, 应重新上盘。
⑤镜盘和模具研合后, 可在铁笔上部加荷重, 以加快研磨速度, 采用两道磨料制时, 球面第一道磨料应研磨10～20分钟。
⑥清洗镜盘。
古典法抛光是一种传统工艺, 历史悠久。适用于各种精度的零件的加工, 是许多光学材料抛光技术的基础。虽然已出现的高速抛光技术在生产效率方面有很大的提高, 但在高精度零件的加工中, 仍往往需依靠古典法抛光。
( 1) 抛光模的制作
抛光模是抛光技术中的关键模具, 抛光模的质量直接影响加工面形的精度和效率。
古典法抛光模制模所用抛光柏油应按工房温度、 镜盘大小、 玻璃种类、 生产方式等因素选择不同的配比熬制。
( 2) 抛光操作过程
①调整好机床速度、 摆幅; 准备好水锅、 清洁用的脱脂棉、 纱布; 清洗工作台、 摆架等抛光用的一切用具。
②检查镜盘细磨后的面形与粗糙度, 不合格要重磨。
③将抛光模在50～60℃温水中烫一下, 在抛光模面上涂上抛光液, 覆盖在镜盘上, 用手推动几下, 使之均匀。放上铁笔, 开动机床, 开始抛光。
④抛光的前半期, 以去除工件表面麻点砂眼为主要目的, 在这一阶段, 机床速比、 摆幅与偏心均应调节在正常范围内进行均匀抛
定心磨边
透镜在粗磨、 精磨、 抛光过程中, 由于定位误差、 加工误差等因素的影响, 会使得透镜的光轴与其基准轴不重合, 从而产生中心误差。透镜的定心磨边就是将光轴与其基准轴不重合的情况进行校正, 从而满足透镜零件装配的需要。
1．基本步骤
在实际生产中, 透镜的定心磨边分两步进行
( 1) 定心。经过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置, 即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴重合的位置, 这里的基准轴就是机床的回转轴。
( 2) 磨边。透镜定心后夹紧, 用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆, 以获得图纸要求直径的透镜。透镜的定心方法主要分光学定心和机械定心两类
2．机械法自动定心
光学定心精度高, 可是效率低, 操作复杂, 不适应中等精度大批量生产的要求, 因此出现了机械自动定心法。
3．磨边与倒角工艺
粘结在定心磨边机上的透镜在定心之后, 要用砂轮或金刚石磨轮进行磨边和倒角, 以达到用户要求的直径和形状。
与定心方法相对应, 磨边机有光学定心磨边机、 机械定心磨边机、 自动定心磨边机等。其中, 机械定心磨边机是当前使用最广泛的设备。
( 1) 磨边
磨边方式主要有平行磨削、 倾斜磨削、 端面磨削、 垂直磨削和组合成型磨轮磨削, 如图1-36和图1-37所示。
①平行磨削。平行磨削是指磨轮轴线与透镜轴线平行, 磨削效率高, 而且易于调整, 是一种最为常见的磨削方式。图1-37为平行磨削的磨边现场。
②倾斜磨削。将磨轮调整一定角度, 这样能够改进零件的受力状况, 避免零件受磨轮推力过大而造成脱落。
③端面磨削。采用磨轮端面磨削玻璃, 不存在使零件脱落的作用力, 磨削效率高; 缺点是容易磨出锥面或非柱面。

平面零件的加工
光学零件制造有如下特点:
( 1)被加工零件平面实际上是半径很大的球面
( 2)平面加工以成盘加工为主要形式
( 3) 以传统工艺为主要加工技术
( 4) 具有一般的平面误差

实训内容: 运用现代工艺对平行平板进行双面磨抛
双面精磨步骤: 1.气阀, 总电源, 机械电源
2.修盘论修盘( 200r)轴转速30
目的: 修整上下盘的面行
清除盘上残流的玻璃片渣
3.用行行轮装夹工件 将工件低速拉平( 100r 速度10)
4.测量厚度
5.将零件加工到要求厚度尺寸
6.清洗设备, 做好防锈处理
测量仪器: 螺旋测微仪

光学零件的镀膜
1. 镀膜的应用: 光学零件;
光电零件;
光通信器件;
2光学镀膜分类
镀膜: 将光学薄膜沉淀在光学零件表面
（1） 按结构组成: 单层, 双层, 三层和多层
（2） 按用途: 增透膜, 增反膜, 分束膜, 滤光膜, 保护膜, 导电膜, 偏振模, 新型功能膜。

3、 沉积的方法
( 1) 物理气相沉积( PVD)
PVD技术中膜产生在固体表面上, 是由镀料的蒸气相凝结而成的沉积物。
特点: 需要使用真空镀膜机, 制造成本高, 但膜层厚度能够精确控制, 膜层强度好, 当前已广泛使用。
分类: 根据膜料气化方式的不同, 又分为热蒸发、 溅射、 离子镀及离子辅助镀技术。其中热蒸发技术使用广泛。
2) 化学气相沉积( CVD)
CVD技术是利用加热、 等离子体和紫外线等各种能源, 使气态物质经化学反应形成固态物质沉积在基片表面的技术。
优点: ①成膜速度快, 同一炉中能够放置大批量的工件, 并能同时取得均一的镀层。②工作是在常压或低真空条件下进行的, 因此镀膜的绕射性好, 形状复杂的工件, 工件上有深孔、 细孔都能均匀镀膜。③由于反应气体、 反应产物和基体的相互扩散, 能够得到附着强度好的镀膜。④由于薄膜成长的温度比膜材的熔点低得多, 因此能得到高纯度、 结晶完全的膜层, 这是某些半导体用镀层所必须的。
缺点: 反应温度太高, 一般要在1000℃左右, 许多基体材料经受不住CVD的高温, 因此其用途受到很大的限制。

触摸屏主控系统的下方有四个菜单:真空系统、
镀膜系统、 系统设置、 PLC状态。

对于大多数光学镀膜机而言, 蒸发源到被镀件之间的距离都在50cm左右, 因此光学镀膜机制造商就将真空度指标设定为 。
旋片式机械泵
前级压强(排气口压强) : ( 1个标准大气压)
启动压强( 泵无损启动, 并有抽气作用时的压强) :
( 1个标准大气压)
工作压强:
极限真空:
机械泵中油的作用是很重要的, 它有很好的密封和润滑本事。机械泵能够直接用于抽大气并向大气中排气, 而单独使用机械泵只能获得低真空。
油扩散泵
最大前级压强:
启动压强:
工作压强:
极限真空度:
由于是依靠被抽气体向油蒸汽流扩散进行工作的, 故取名为油扩散泵。使用油扩散泵时, 有两点问题值得注意: 一是油扩散泵既不能直接抽大气, 也不能直接向大气中排气; 二是油扩散泵必须在有水冷的条件下使用。油扩散泵必须和机械泵联用才能构成高真空抽气系统, 没有机械泵, 油扩散泵是没有抽气作用的。

蒸发源
①电阻加热: 低压大电流使高熔点金属制成的蒸发源产生焦耳热, 使蒸发源中承载的膜料气化或升华。
优点: 简单、 经济、 操作方便。
缺点: 不能蒸发高熔点材料; 膜料容易热分解; 膜料分子初始动能低, 膜层填充密度低, 机械强度差。

②电子束加热: 在一定真空条件下, 加高压产生电子束, 经过特定磁场的作用, 按照一定的路线, 轰击膜料, 产生蒸发。
优点: 电子束焦斑大小可调, 位置可控, 既方便使用小坩埚, 也方便使用大坩埚; 可一枪多坩埚, 既易于蒸发工艺的重复稳定, 也方便使用多种膜料; 灯丝易屏蔽保护, 不受污染, 寿命长; 使用维修方便。
特点: 可蒸发高熔点材料, 可快速升温到蒸发温度, 化合物分解小, 膜料分子初始动能高, 膜层填充密度高, 机械强度好; 蒸发速度易控, 方便多源同蒸。

工艺流程

实训总结:
经过两周的实训, 我不但获得了知识而且对实际操作有了一定的了解, 经过本次实训使我更加深了对理论知识的学习, 以前课上只是听到的一些器械亲身操作过, 有了一定的操作基础, 让我体会到光学零件以及今后光学领域的乐趣, 更鼓舞我去学习, 经过本次实训我更加热爱光点专业, 虽然但我第一次做出自己的产品不是很合格, 但我深信我会在这条路上做一个成功者, 最后祝老师工作顺利, 祝所有学光电专业的有个美好的未来。